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1、城市大跨超小净距叠层隧道群夹岩加固施工方法一、前言随着我国基础设施建设的快速发展，近接叠层隧道工程逐渐增多，且呈小净距、大断面、多洞室的趋势，给隧道设计施工带来了新的挑战。在近接叠层隧道建设中，受施工反复扰动影响，上下隧间夹岩受力十分复杂，往往是影响近接叠层隧道稳定性的关键部分，故施工中一般需对其加固处理，常规手段包括注浆、预应力锚杆等。对于城市复杂叠层隧道群，当其大跨超小净距近接且位于高陡边坡等不利位置，而地层相对致密导致注浆困难时，传统夹岩加固技术的适用性受限，易造成洞群开挖过程中洞室变形过大，影响洞群整体施工与运营安全，难以满足工程建设的需要。本方案在下层隧道设置顶拱管棚，在上层隧道设置
2、仰拱管棚，从而于夹岩两侧形成上下双层管棚结构，结合拉结在上下层隧道之间的对拉锚杆，可对上下层隧道间小净距夹岩起到夹持、加固的作用，可有效地分担上部围岩荷载，改善夹岩受力状态，提高洞群施工与运营阶段的稳定性。且管棚施作过程中采用了精准导向技术，以进一步减少对小净距夹岩的损伤。而通过单孔声波检测技术的运用，可掌握叠层隧道群施工过程中夹岩损伤、松动的变化情况，指导施工方案动态调整。同时确保上下层隧道初支均闭合成环及壁后注浆，可进一步提高初支支护效果，改善夹岩受力状态。该工法施工方法简单，易于操作，具有良好的适用性与推广应用价值。二、工艺原理1、下层隧道设置的顶拱管棚与上层隧道设置的仰拱管棚，利用梁拱
3、效应，以掌子面前方围岩和后方衬砌结构为支点，形成纵向梁式结构，可抑制上、下层隧道开挖时的围岩松动和垮塌，减小对隧间夹岩的扰动影响。2、上下双层管棚注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙，起到填充与胶固结的作用，可改善围岩的物理力学性质，增强围岩自身的承载能力，达到了加固夹岩的目的。3、通过管棚的环槽作用可使掌子面爆破产生的冲击波遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射，大大降低反向拉伸波所造成的围岩破坏程度和扰动范围，降低夹岩损伤。4、对拉锚杆贯穿隧间夹岩与上下双层管棚，并通过W型钢带纵向相连，加强对夹岩的径向整体约束，进一步结合管棚的强度与刚度，可对夹岩形成较强的夹持作用。当夹岩受力变形时该结构可为夹岩
4、提供有效的径向支撑力，使夹岩三向受力，改善其受力状态，同时对拉锚杆自身具有一定的抗剪能力，可在一定程度上提高夹岩部位的整体承载性能。5、双层管棚钻进作业采用精准导向技术，利用长导向墙控制初始钻进角度，通过减小钻杆与孔壁间隙实现钻杆纵向定位以减少钻杆钻进时的抖动偏斜，以及利用激光测距判断钻进过程钻孔角度偏差，进行实时纠偏。由此可减少对夹岩完整性的破坏，便于对拉锚杆穿插作业，并避免了管棚侵入隧道开挖轮廓的问题。6、通过在洞群开挖的不同阶段采用单孔声波检测技术对夹岩的损伤范围与损伤程度进行检测，可掌握叠层隧道群施工过程中夹岩损伤、松动的变化情况，从而可动态调整指导施工方案，实现夹岩保护的信息化。7、
5、夹岩两侧上下层隧道初期支护均采用闭合成环结构，可提高初支的整体承载与抗变形能力，同时初支壁后注浆可填充壁后裂隙孔洞，使初支与夹岩充分接触，增强对夹岩的支护效果。三、施工工艺流程1、上、下层隧道双层管棚施作根据边坡削坡顺序，待相应工作面暴露后，依次进行洞口处上层隧道仰拱部位与下层隧道顶拱部位双层超前大管棚施工。管棚长45m，采用1276mm钢管，环向间距40cm。顶拱管棚外插角取13，而仰拱管棚打设角度应与上层隧道线路纵坡一致。管棚钢管前端加工成圆锥形，便于顶进。管身钻1016mm注浆孔，孔间距1520cm，呈梅花型布置。管棚施工按架设导向墙与导向管钻孔清空顶进注浆的顺序进行，但为了减小管棚打设
6、偏斜引起的小净距夹岩完整性破坏及管棚侵入隧道开挖轮廓等问题，方便后期对拉锚杆的打设穿插作业，在双层管棚施工中采用了精准导向技术，具体如下。1）增加导向墙长度及稳定性，精准定位导向管，从而从源头控制钻杆钻进角度。具体地，导向墙长3m，支撑件采用I20b工字钢，间距50cm/榀。沿工字钢外侧顶部安装导向管，导向管与工字钢焊接固定，工字钢间采用横向加强杆固定，而导向管间横向采用短钢筋连接，从而确保导向管在导向墙混凝土浇筑过程中不偏位。管棚导向墙施作2）沿长钻杆外周每隔1m均布焊接四个5cm*2cm*1cm的钢板焊块，以减小钻杆与孔壁间空隙，降低钻进过程中钻杆抖动偏斜，实现钻杆纵向定位及钻孔角度偏差的
7、过程控制。管棚定位钻孔3）钻杆钻进一定距离后，取出钻进装置，在导向管管口处将套筒连接件与之相连。套筒连接件内安装激光定位件。定位件由三个带圆孔的平行矩形小钢板组成，分别位于套筒的前部、中部和尾部，并与套管内侧底面焊接相连。圆孔中心连线与导向管中心线重合，利用激光测距仪，使激光通过三个圆孔，进而测定钻进距离。通过比较激光测距与钻杆钻进长度确定钻孔偏斜量进而及时纠偏。上下层隧道管棚施作完成后隧道结构如图5.2.1-3所示。大管棚超前支护布置图2、下层隧道开挖支护至夹岩暴露上、下层隧道管棚全部施作完成后，采用分部开挖方法进行下层隧道开挖支护直至夹岩暴露。为有效保护小净距夹岩，在开挖至夹岩附近时应优选
8、机械或人工开挖方法，其余部位根据具体工程条件可选用秒雷管微振控制爆破开挖，但应严格爆破振速小于1cm/s。3、对拉锚杆打设在下层隧道暴露的夹岩处首先进行第一层喷砼作业，并架立型钢拱架，待满足作业条件后根据设计方案向上层隧道方向打设对拉锚杆。对拉锚杆采用25中空注浆锚杆，其钻孔孔径不得小于设计值，孔深应深入上层隧道开挖轮廓线不小于30cm，使中空注浆锚杆具有足够的长度以满足后期对拉固定需求。钻孔的倾角、方位角同样应符合设计要求。钻孔过程中，应加强钻具的导向作用，及时检测孔斜误差，并视钻孔需要，合理采用纠偏措施。钻孔完毕后，用压力水将孔道清洗干净，经检验合格后，临时封堵孔口。为保证锚杆与垫板垂直，
9、使锚杆轴向受力，锚杆安装前应对孔口范围内局部参差不平的岩面使用快速水泥砂浆找平。安装时将杆体送入钻孔，安装止浆塞；外露端头部分需首先穿过沿隧道纵向布置的W型钢带之上对应的锚杆孔，然后方可安设锚垫板并旋紧螺母。通过W型钢带将锚杆纵向相连，从而可以在夹岩变形时，利用纵向相邻两个对拉锚杆的支点、悬吊作用，对两锚杆间的夹岩形成约束，增强锚杆的加固效果。浆液采用水泥浆，注浆时应注意控制注浆压力和流量，以防止注浆管爆裂。锚杆安设后进行第二次喷砼作业。4、夹岩损伤检测在上、下层隧道开挖过程中，受反复多次扰动影响，夹岩力学性质及承载能力将不断恶化，需密切关注其损伤发展情况。在不同施工阶段采用单孔声波检测技术确
10、定夹岩的损伤状况，据此可调整施工方案，实现夹岩保护加固的信息化。声波检测是弹性波检测方法中的一种，该方法是建立在固体介质中弹性波传播理论基础上，以人工激振的方法向介质发射声波，在一定的空间距离上接收被测介质物理特性所调制的传播速度、振幅、频率等声波参数，通过数据处理与分析，解决岩土工程中的有关问题。声波检测是一种轻便、灵活、快捷、高效的检测方法。下层隧道夹岩部位初期支护施作完成后，按一定纵向及环向间距打设夹岩损伤检测孔，其深度至少应大于夹岩厚度，并满足更大范围内围岩松动、损伤检测的需要。检测过程中将检测仪器置入检测孔内，此外由于该种检测技术以水为介质，故还需通过外接水管向检测孔中注水。经检测可
11、得该钻孔内岩体声波波速分布情况，根据浅孔部位与深孔部位波速对比，可判断夹岩松动区范围并得到夹岩损伤变量，据此可调整开挖方法及支护手段。在叠层隧道施工中，夹岩损伤检测应至少在下层隧道夹岩部位初支完成、下层隧道开挖完成，及上层隧道夹岩部位初支完成后各进行一次，并可根据实际需要结合其他监测项目数据分析进行加密。夹岩损伤声波检测5、下层隧道剩余部位施工夹岩附近施工完成后，继续开挖支护下层隧道其他部分，待整个断面开挖完成后应保证初期支护（型钢拱架）可闭合成环，同时通过壁后注浆填充初期支护与围岩之间的裂隙孔洞，提高支护质量。下层隧道初支结构全部施作完成并达到二衬施作条件时，铺设防水板，绑扎钢筋，按照先仰拱
12、后拱墙的顺序浇筑混凝土并及时养护。待二衬强度达到设计强度100%后，采用M20水泥砂浆及时进行二衬背后注浆，保证初期支护结构与二衬之间密贴性，之后转入上层隧道施工。下层隧道仰拱钢架闭合成环6、上层隧道开挖支护至夹岩暴露上层隧道施工采用分部开挖方法，由远离夹岩部分向近夹岩部分施工，并及时进行初期支护。在远离夹岩处可采用秒雷管微振控制爆破，并严格控制振速。近夹岩处应选择人工开挖，以降低夹岩损伤，同时避免破坏由下层隧道向上打设并穿入上层隧道轮廓线内的中空注浆锚杆及夹岩损伤检测孔，保证其完成整性。7、对拉锚杆固定上层隧道夹岩部位暴露后施作第一层喷砼，架立型钢拱架，并将显露的中空注浆锚杆穿过延隧道纵向布置的W型钢带及钢垫板上的锚杆孔（钢垫板与W型钢带焊连），割除其过长部分，弯折锚杆端头，将其与钢垫板焊接牢固，由此完成中空注浆锚杆两端的固定，形成对拉锚杆结构，并进行第二次喷砼作业。8、上层隧道剩余部位施工继续施作上层隧道剩余部位，同样需保证初期支护可闭合成环并进行壁后注浆，待上层隧道二衬施作完成即完成整个工艺流程。
